Как соединяются композитные материалы в самолетах?

В идеале волокнистые композиты склеиваются и соединяются косым соединением . Коэффициент шарфа определяется соотношением прочности волокна на растяжение и прочности смолы на сдвиг. Если ваше волокно воспринимает 3000 Н/мм², смола пропускает 20 Н/мм² и содержание волокна составляет 60%, соотношение составляет 1:90, поэтому композитный слой толщиной 1 мм необходимо будет соединить на длине 90 мм. В действительности такого соотношения достичь нецелесообразно, поэтому соединения внахлест используются, если они одобрены органами по сертификации. Это касается композитных планеров, где вы найдете как шарф, так и соединение внахлестку.

На заре создания композитных самолетов с двигателями волокнистые композиты рассматривались с учетом опыта алюминия и обрабатывались теми же методами. Таким образом, Фанат Лираи его современникам приходилось использовать заклепочные соединения по всей конструкции. Идея заключалась в том, что заклепкой планер можно было бы легче разобрать для осмотра и ремонта. Клепка композитов из углеродного волокна довольно проблематична: вам нужно использовать дорогостоящие крепежные детали из титана, потому что алюминиевые заклепки быстро подвергаются коррозии при электрическом контакте с более благородными в электрохимическом отношении углеродными волокнами. Сверление и зенкерование отверстий разрезают сами волокна, которые вы пытаетесь соединить, поэтому вам приходится удваивать толщину стенки, которая разрушается клепкой. Но FAA по-прежнему настаивало на заклепках - клепали даже стрингеры на панелях, когда наиболее разумным решением было бы склеивание.

У авиационных инженеров есть выражение для композитов, с которыми обращаются как с металлом: черный алюминий. LearFan был изготовлен из чистого черного алюминия. Многие из инженеров этого проекта оказались в компании Beech, когда они создавали Starship , так что многие из тех же технологий были также перенесены. По крайней мере, у Starship была оболочка фюзеляжа, которая была уложена на оправку, а затем разрезана сразу за секцией кабины, чтобы вытащить оправку. Затем соединение двух секций фюзеляжа было выполнено коническим соединением внахлест; если хотите, практичный способ изготовления не совсем косынки.

Сегодня у нас есть новое поколение инженеров, которые постепенно признают, что природа композитных конструкций требует своих собственных методов обработки. Но вы все равно найдете заклепочные соединения даже в современных композитных конструкциях. Старые привычки трудно сломать.

Хорошей причиной для заклепывания является предотвращение отслаивания краев клеевого соединения. Инженеры без опыта заклепывают свои композиты, как только они приобретают некоторый опыт, они переходят к склеиванию, а с большим опытом снова добавляют заклепки.

А "Железный мост"?

^{Источник: Википедия}

соединения были похожи на то, что использовал бы плотник. Таким образом, используя традиционный метод для нового материала, железа. Кажется, они делают то же самое с углеродным волокном.

http://www.bbc.co.uk/history/british/victorians/iron_bridge_01.shtml

Покадровые видеоролики 787-го показывают заклепку основного фюзеляжа.

В составных конструкциях заклепки используются вместо склеивания не из-за превосходных характеристик. Правильно спроектированное клеевое соединение всегда прочнее самого лучшего заклепочного или болтового соединения. Основная причина использования заклепок или болтов заключается в том, что характеристики ДЛИТЕЛЬНОГО ВРЕМЕНИ предсказуемы, в то время как клеевые соединения могут быть подвержены износу из-за факторов окружающей среды. Лучше иметь заклепочное соединение с 50% максимальной теоретической прочностью (которое сохраняет свою нагрузочную способность в течение всего срока службы), чем иметь превосходное клеевое соединение, которое может изнашиваться. Кроме того, в качестве побочного эффекта клеевые соединения практичны только до определенной толщины, выше которой лучше использовать болты.